Широкосмужні малогабаритні мікрохвильові перетворювачі для вимірювання параметрів антенно-хвильовідних трактів

 

 

Афонин И. Л., Бондаренко И. К., Лащенко И. В., Саламатин В. В. Однодетекторный измеритель комплексных коэффициентов отражения и передачи микроволновых устройств // Измерения. – Каунас. – 1996. – №1-2 (3). -С. 29-30.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Измерительно-вычислительный комплекс на основе фазочувствительного рефлектометра для исследования СВЧ узлов // Вестник СевГТУ. Вып. 5: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастопольский гос. университет – Севастополь, 1997. – С. 58-61.

Лащенко И. В., Саламатин В. В. Измеритель S-параметров волноводных устройств // Вестник СевГТУ. Вып. 5: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастопольский гос. университет – Севастополь, 1997. – С. 61-64.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Панорамный измеритель комплексного коэффициента отражения // Вестник СевГТУ. Вып. 10: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастопольский гос. университет – Севастополь, 1998. – С. 50-54.

Лащенко И. В. Учет протяженностей щелей при синтезе и анализе волноводных элементов связи. // Изв. ВУЗов, Радиоэлектроника. – 1999. – №1. – С. 33-38.

Измеритель комплексного коэффициента отражения // Афонин И. Л., Лащенко И. В. ; Севастопольский государственный технический университет. – Севастополь, 1996. – 8с. – Деп. в ГНТБ Украины 14. 05. 96, № 1169 – УК96

Бондаренко И. К., Лащенко И. В., Саламатин В. В. Одноканальный измеритель модуля и фазы коэффициентов отражения и передачи СВЧ устройств. // Труды 5-й Крымской конференции СВЧ техника и спутниковые телекоммуникационные технологии. – Севастополь, 1995. – С.351-354.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Встроенный измеритель параметров антенно-фидерного тракта. // Труды 6-й Крымской конференции СВЧ техника и спутниковые телекоммуникационные технологии. – Севастополь, 1996. – С. 21.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Математическая модель автоматизированной системы контроля параметров микроволновых трактов. // Труды 3-й Украинской конференции «Автоматика-96». – Севастополь, СевГТУ, 1996. – С. 104-105.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Встроенный измеритель параметров антенно-волноводного тракта. // Труды Междун. Научно-техн. конф. «Электроника-97». – Каунас, 1997. – С. 14-17.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Синтез и анализ элементов связи. // Труды 7-й Крымской конференции «СВЧ техника и спутниковые телекоммуникационные технологии». – Севастополь, 1997. – С. 179-180.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Автоматический измеритель параметров волноводных трактов // Труды 3-й Междун. Научно-техн. конф «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-96) «. – Новосибирск, 1996. – С. 102-103.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Широкополосный измеритель модуля и фазы коэффициента отражения. // Труды 8-й Крымской конференции «СВЧ техника и спутниковые телекоммуникационные технологии». – Севастополь, 1998. -С. 695-697.

Евстигнеев М. П., Кузьменко А, Я., Лащенко И. В., Шахов О, М. Измерительная компьютеризированная система для определения параметров микроволновых устройств. // Труды 8-й Крымской конференции «СВЧ техника и спутниковые телекоммуникационные технологии». – Севастополь, 1998. -С. 698-700

Бычков А. А., Лащенко И. В. Компьютеризированный измеритель параметров антенно-волноводных трактов радиоэлектронных средств. // Труды 1-й научно-техническая конференция ВМС Украины «Проблемные вопросы строительства ВМС, развитие вооружения и военной техники». Вып. 3 – Севастополь, 1998 – С. 362-367.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Автоматизированная система контроля параметров микроволновых трактов. // Информ. листок. Симферополь, КРЦНТЭИ – № 7-97, 1997.

Афонин И. Л., Лащенко И. В. Информационно-вычислительная система измерения S-параметров микроволновых устройств. // Информ. листок. Симферополь, КРЦНТЭИ – № 19-98, 1998.

Патент Украины №17342А G01R 27/06, G01R 27/28. Измеритель S-параметров волноводного четырехполюсника / И. В. Лащенко, В. В. Саламатин (Украина). – № 95062783; Заявл. 14. 06. 95; Опубл. 01. 04. 97.

Патент Украины №15167А G01R 27/26. Измеритель добротности резонаторов / И. К. Бондаренко, И. В. Лащенко, А. Д. Плоткин. – № 95031361; Заявл. 28. 03. 95. ; Опубл. 30. 06. 97. – Бюл. № 3.

Патент Украины по заявке № 96072746 от 09. 06. 96. Измеритель комплексного коэффициента отражения. / И. Л. Афонин, И. В. Лащенко

Патент Украины по заявке № 96072730 от 09. 07. 96. Фазочувствительный рефлектометрический измеритель коэффициента отражения. / И. Л. Афонин, И. В. Лащенко

Патент Украины по заявке № 96052447 от 27. 05. 97. Смеситель СВЧ. / А. В. Мельников, И. В. Лащенко, В. В. Саламатин

 

Дисертацiйна робота присвячена розробці методів побудови широкосмужних малогабаритних, конструктивно простих мiкрохвильових перетворювачів з малозалежними від частоти фазовими зсувами між всіма сигналами, призначених для високоточного вимірювання параметрів антенно-хвильовiдних трактів. На основі вказаних перетворювачів розроблена математична модель вимірника, що дозволяє шляхом алгоритмічної обробки результатів вимірювання виключити домінуючі погрішності. Отримана формула для розрахунку фазового зсуву між сигналами, що підводяться до НВЧ діодів двох детекторних головок, що збуджуються похилими щілинами зв'язку, враховує всі геометричні параметри щілин: довжину і ширину, кут нахилу, координати центрів щілин. Проведена багатопараметрична оптимізація з метою отримання квазипостійного фазового зсуву в діапазоні частот хвилевода і мінімізації частотної погрішності вимірювання. Проведені експериментальні дослідження підтвердили отримані теоретичні результати.

Ключові слова: мiкрохвильовий перетворювач, щілевий елемент зв'язку, детекторна головка, широкосмужность, фазовий зсув, коефіцієнт віддзеркалення, висока точність, вимірник комплексних параметрів, антенно-хвильовiдний тракт.

 

Диссертационная работа посвящена разработке методов построения широкополосных малогабаритных, конструктивно простых мiкроволновых преобразователей с малозависимыми от частоты фазовыми сдвигами между всеми сигналами, предназначенных для высокоточного измерения параметров антенно-волноводных трактов.

В результате проведенного анализа показана перспективность многоэлементных первичных преобразователей, основанных на анализе электромагнитного поля в дискретных точках вдоль волновода, сочетающих простоту конструкции и низкую стоимость, малые габариты и массу. Такие преобразователи позволяют не только повысить точность измерения, но и использовать их в качестве датчиков встроенного контроля параметров волноводных трактов. Основными проблемами при построении широкополосных мiкроволновых преобразователей являлись: необходимость обеспечения малозависимых от частоты фазовых сдвигов между всеми сигналами, ответвляемыми в волноводы детекторных головок преобразователя и учет влияния размеров щелей связи. Для решения поставленных задач проведено теоретическое исследование щелевых элементов связи, в результате которого получены соотношения для комплексных амплитуд волн, распространяющихся в волноводах детекторных головок, установленных торцом на широкую стенку первичного волновода, и аналитическая зависимость фазового сдвига между этими волнами от длины волны и всех геометрических параметров щелей, в том числе их длины и ширины. Произведена многопараметрическая оптимизация фазового сдвига, зависящего от длины и ширины щелей, расстояния между их центрами, углами наклона, смещением центров щелей относительно узкой стенки, с целью достижения минимальных отклонений фазового сдвига от номинального значения в диапазоне частот волновода, что приводит к минимизации частотной погрешности измерения. Разработаны четыре варианта микроволновых преобразователей с малозависимыми от частоты фазовыми сдвигами между всеми сигналами, поступающими на детекторные головки. В трехдетекторном четырехщелевом преобразователе связь детекторных головок с первичным волноводным трактом осуществляется с помощью двух идентичных пар наклонных щелей, расположенных на широких стенках волновода. Размеры и расположение щелей каждой пары обеспечивают малозависимое от частоты электрическое расстояние между ними, номинальное значение которого равно 2. Две головки возбуждаются одинарными щелями, а третья – парой щелей. Сигнал, поступающий на третий детектор, сдвинут по отношению к первым на 4. В трехдетекторном трехщелевом преобразователе одна из детекторных головок возбуждается поперечной щелью, другая – продольной, а третья – наклонной щелью. Электрическое расстояние между первыми двумя равно 2, а между первой и третьей – незначительно отличается в диапазоне частот от 4. В четырехдетекторном четырехщелевом преобразователе добавлена дополнительная детекторная головка, возбуждаемая также наклонной щелью. В двухканальном однодетекторном четырехщелевом преобразователе реализуется последовательный анализ амплитудно-фазового распределения сигналов вдоль волновода путем переключения щелей связи. Этот преобразователь состоит из двух отрезков прямоугольного волновода, связанных между собой отрезком запредельного волновода с симметрично расположенным в нем СВЧ диодом, возбуждаемым двумя идентичными парами щелей. Переключение щелей осуществляется с помощью p-i-n-диодного коммутатора. Каждый из варинтов микроволновых преобразователей имеет определенные преимущества. В первом варианте все щели имеют идентичные амплитудно-частотные характеристики, такой преобразователь может использоваться в измерителе параметров с осциллографической индикацией. Детекторные головки второго и третьего вариантов преобразователей имеют одинаковые конструкции при меньшей частотной погрешности. В четырехдетекторном преобразователе обработка сигналов позволяет повысить точность измерения близких к единице значений модулей коэффициентов отражения измеряемых нагрузок. Однодетекторный преобразователь может использоваться для измерения как коэффициентов отражения, так и коэффициентов передачи. Разработана математическая модель измерителя параметров СВЧ устройств, на основе микроволновых преобразователей, позволяющая путем алгоритмической обработки результатов измерения исключить погрешности, связанные с переотражением от генератора, неидентичностью АЧХ детекторных головок, изменением уровня мощности генератора в диапазоне частот и повысить точность измерения. Создан высокоточный измерительно-вычислительный комплекс, включающий ЭВМ, генератор с дискретной перестройкой частоты и четыре варианта разработанных микроволновых преобразователей. Проведенные экспериментальные исследования подтведили полученные теоретические результаты.

Ключевые слова: микроволновый преобразователь, щелевые элементы связи, детекторная головка, широкополосность, фазовый сдвиг, коэффициент отражения, высокая точность, измеритель комплексных параметров, антенно-волноводный тракт.

 

The thesis is devoted to construction methods elaboration of wide-band small constructively simple microwave transfers with weakly depending on frequency phase displacements between all of signals destined for high-precision measuring of waveguide lines parameters. On the base of stated transdusers the measuring device mathematical model is created, the dominant errors are eliminated by algorithmic processing of measuring results. The formulas for computation of phase displacement between signals, brought to SHF diodes of two detector heads, excited by sloping coupling slots is obtained taking into account all of slots geometrical parameters: length and width, inclination angle, slots centres co-ordinate. To obtain of weakly dependent on frequency phase displacement in waveguide frequencies range and minimization of frequency measuring error multiple-parameter optimization is attained. Experimental researches are confirmed theoretical results.

Key words: microwave transducer, slot coupling elements, detector head, wide-band, phase displacement, reflection coefficient, measuring device of complex parameters, high exactness.